Question

某研究性学习小组对过量炭粉与氧化铁反应的气体产物成分进行研究．
（1）提出假设  ①该反应的气体产物是CO₂．②该反应的气体产物是CO．③该反应的气体产物是

 

．
（2）设计方案  如图所示，将一定量的氧化铁在隔绝空气的条件下与过量炭粉完全反应，测定参加反应的碳元素与氧元素的质量比．
（3）查阅资料   氮气不与碳、氧化铁发生反应．实验室可以用氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热反应制得氮气，同时生成食盐和一种常见液体．请写出该反应的化学方程式：

 

．
（4）实验步骤   ①按上图连接装置，并检查装置的气密性，称取3.20g氧化铁、2.00g碳粉混合均匀，放入48.48g的硬质玻璃管中；②加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气；③停止通入N₂后，夹紧弹簧夹，加热一段时间，澄清石灰水（足量）变浑浊；④待反应结束，再缓缓通入一段时间的氮气．冷却至室温，称得硬质玻璃管和固体总质量为52.4g；⑤过滤出石灰水中的沉淀，洗涤、烘干后称得质量为2.00g．步骤②、④中都分别通入N₂，其作用分别为

 

，

 

．
（5）数据处理  试根据实验数据分析，写出该实验中氧化铁与碳发生反应的化学方程式：

 

．
（6）实验优化  学习小组有同学认为应对实验装置进一步完善．
①甲同学认为：应将澄清石灰水换成Ba（OH）₂溶液，其理由是

 

、

 

．
②从环境保护的角度，请你再提出一个优化方案：

 

．

Answer 1

分析：（1）反应产物可能是二氧化碳或一氧化碳，或二氧化碳和一氧化碳；
（3）根据反应物、生成物及其质量守恒定律可以书写化学方程式；
（4）空气中含有二氧化碳；
（5）根据实验数据分析可知，该实验中氧化铁与碳发生反应生成了铁、一氧化碳和二氧化碳；
（6）氢氧化钡比氢氧化钙更易溶于水，尾气扩散到空气中会污染环境．

解答：解：（1）①该反应的气体产物是CO₂．②该反应的气体产物是CO．③该反应的气体产物是二氧化碳和一氧化碳．
故填：CO₂、CO．
（3）氯化铵饱和溶液和亚硝酸钠（NaNO₂）饱和溶液混合加热反应时，能生成氮气、氯化钠和水，化学方程式为：NaNO₂+NH₄Cl

△   .

N₂↑+NaCl+2H₂0．

故填：NaNO₂+NH₄Cl

△   .

N₂↑+NaCl+2H₂0．

（4）步骤②、④中都分别通入N₂，其作用分别为：排尽装置中的空气，使生成的二氧化碳全部被石灰水吸收．
故填：排尽装置中的空气；使生成的二氧化碳全部被石灰水吸收．

（5）生成气体的质量为：3.20g+2.00g+48.48g-52.4g=1.28g，

设二氧化碳的质量为X，

Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O，
         44      100
        X        2.00g 

  

44

100

X

2.00g

X=0.88g，

生成气体的质量与二氧化碳的质量之差就是生成的一氧化碳的质量，一氧化碳的质量为：1.28g-0.88g=0.4g；

根据实验数据分析，该实验中氧化铁与碳发生反应生成铁、一氧化碳和二氧化碳，反应的化学方程式为：Fe₂O₃+2C

高温  .

2Fe+CO₂↑+CO↑．

故填：Fe₂O₃+2C

高温  .

2Fe+CO₂↑+CO↑．

（6）①甲同学认为：应将澄清石灰水换成Ba（OH）₂溶液，其理由是氢氧化钡易溶于水，可以吸收更多的二氧化碳．
故填：氢氧化钡易溶于水，可以吸收更多的二氧化碳．

②从环境保护的角度，应该对尾气进行处理，方法是点燃或收集尾气．

故填：点燃或收集尾气．

点评：化学实验现象是化学实验最突出、最鲜明的部分，也是进行分析推理得出结论的依据，掌握物质的性质和相互之间的反应关系，并有助于提高观察、实验能力．